Гонка на орбите, или Кто успеет создать двигатель будущего?

Гонка на орбите, или Кто успеет создать двигатель будущего?

Гонка на орбите, или Кто успеет создать двигатель будущего?

Это событие уже успели назвать «революционным», - в начале января французский стартап ThrustMe («Доверяй мне») провел в Космосе очередные испытания электроракетного двигателя, работающего на йоде. До этого французы отправляли в Космос такой двигатель в ноябре и декабре прошлого года с помощью малого спутника CubeSat 12U и китайской ракеты-носителя «Чанчжэн-6». Судя по сообщениям французских СМИ, испытания прошли успешно.

Во время запусков прожиг двигателей длился около 90 минут, и разработчикам даже удалось скорректировать высоту аппарата относительно орбиты Земли на 700 метров, что доказало не только саму возможность использования йода в качестве топлива для электрических силовых установок, но и возможность управляемых полетов ракет с йодным двигателем. Ко всему прочему, эксплуатация «йодной ракеты» оказалась значительно дешевле, чем эксплуатация традиционных ракет, что открывает хорошие перспективы для коммерческого использования электроракетных двигателей на йоде.  

Как раз экономичность и называют основным преимуществом йода по сравнению с другими видами ракетного топлива для спутников, тем более что йод нетоксичен, он остается твердым при комнатной температуре и не требует сложной системы понижения давления для перехода в газообразное состояние.

Пока в существующих ЭРД в качестве рабочего тела используется ксенон, но он куда дороже йода, а сложная и громоздкая система подачи и хранения ксенона заметно увеличивает габариты и массу двигателя. Много возни к ксеноном и при дальних полетах, например, на Марс, - здесь понадобится слишком большой объем этого вещества, а йод может храниться в твердом состоянии, и для превращения в газ ему не нужна многоступенчатая система понижения давления. Это и делает использование йода в десятки раз экономичнее, без потери характеристик ракетного электродвигателя.

Вызывает интерес и «управляемость» спутников, оснащенных двигателями на йоде, - поскольку они могут не просто дрейфовать, а маневрировать в Космосе. Таким образом, появляется возможность не только «передвигать» спутники по высоте на орбите, но и возвращать их на Землю, где они сгорят при входе в атмосферу. А значит, такие двигатели позволят и уменьшить количество космического мусора, засоряющего земную орбиту и способного стать угрозой для орбитальных станций.

В России также есть разработки йодного двигателя, этим занимается РКК «Энергия», еще в начале декабря 2018 года отработавшая на Земле запуск «йодного» электроракетного двигателя.  Тогда специалисты лаборатории проектирования перспективных двигательных установок корпорации исследовали запуск двигателя в различных режимах, со штатным ксеноновым катодом, и впервые в мире - с новым безрасходным катодом-нейтрализатором.

Судя по информации, появляющейся в открытом доступе, на 2022 год запланировано проведение таких экспериментов в Космосе. Так, предполагается, что космонавты изучат на орбите Земли работу безрасходного катода-нейтрализатора, запуская электроракетный двигатель на ксеноне. Для пущей безопасности, такие испытания пройдут на отстыкованном на тридцать суток космическом «грузовике» «Прогресс». Цель этого второго этапа испытаний, – проследить по видеосвязи за запуском и режимами работы нового двигателя.

Кстати, идея использовать «чистый» реактивный йод в качестве «рабочего тела» ракетного двигателя для получения импульса тяги, принадлежит российскому ученому, - старшему научному сотруднику РКК «Энергия» Валерию Островскому. Именно он в конце девяностых годов прошлого века первым предложил провести испытания «йодного» двигателя на штатном плазменном двигателе.  Эти первые испытания показали принципиальную возможность использования йода в этой сфере: двигатель, оборудованный дополнительным газораспределительным устройством, запускался на ксеноне, а йод поддерживал разряд. Вскоре после этих испытаний инженеры и  конструкторы «Энергии» начали разработку системы подачи йода, и запатентовали эту систему.

Предложенный конструкторами «Энергии» вариант двигателя оснащен безрасходным катодом-нейтрализатором, что позволяет обойтись без дополнительного газообразного рабочего тела — ксенона или аргона. Такой двигатель может использоваться как маршевый или для коррекции орбиты, например на спутниках связи, а также при решении транспортных задач дальнего космоса. Эти испытания на орбите названы в честь автора идеи эксперимента - «Островский».

В США сейчас разрабатывается другой перспективный тип космического – а в перспективе и авиационного - двигателя,  основанный на принципе ионной тяги. В Массачусетском технологическом институте уже прошли первые летные испытания модели самолета-ионолета. Впрочем, ионные двигатели используются уже сейчас, - такой двигатель установлен,  например, в космическом аппарате New Horizons, пролетевшем около Плутона, а другой такой же двигатель поставили на BepiColombo, направляющийся сейчас к Меркурию. Разработчики ионных двигателей пока не обходятся без ксенона, но, возможно, в скором времени это вещество и не понадобится. Специалисты Центрального аэрогидродинамического института имени профессора Н. Е. Жуковского уже разрабатывают установку, основанную на концепции прямоточных ионных двигателей.

Пока неизвестно, на каком принципе работают новые ракетные двигатели NASA. 17 января пришло сообщение о неудачных огневых испытаниях четырех двигателей RS-25 ракеты-носителя Space Launch System, созданной для полетов к Луне и Марсу. Двигатели

установили на специальную опору на территории комплекса NASA в Миссисипи, и поначалу все шло хорошо, но вместо запланированных 8 минут двигатели проработали всего 67 секунд. Проблема возникла на 60-й секунде тестирования, когда в области тепловой защиты двигателя № 4 появилась вспышка, а тяга снизилась со 109 до 95 процентов. Эти неудачные испытания могут поставить под вопрос сроки американской лунной программы «Артемида», анонсированной еще весной 2019 года. Напомним, что первый этап этой программы предусматривает беспилотный полет установленного на ракету Space Launch System корабля «Орион» вокруг Луны, и его возвращение на Землю в 2021 году. На втором этапе «Орион» с экипажем на борту облетит Луну, а третий этап, запланированный на 2024 год, - высадка астронавтов на Луну. Если программа «Артемида» будет успешно реализована, в середине тридцатых годов нашего века ракета «Орион» полетит на Марс.

Двигателями занимается и компания Илона Маска SpaceX, обращающая особое внимание на запуск на орбиту сразу множества спутников. Здесь Маск проявляет удивительную активность: подсчитано, что только за последние 16 дней января 2021 года SpaceX запустила в космос больше спутников, чем было запущено всем миром за любой год до 2013.  А 24 января SpaceX установила очередной мировой рекорд, запустив с космодрома на мысе Канаверал во Флориде ракету-носитель Falcon 9 с рекордным количеством спутников на борту, - всего их было 143. Этот запуск осуществлен в рамках программы Transporter-1.Среди запущенных спутников - 10 аппаратов Starlink для обеспечения доступа в Интернет, 48 аппаратов Planet для получения изображений поверхности Земли, 17 небольших устройств связи, и прочие коммерческие и государственные спутники. Таким образом, компания Маска побила прежний мировой рекорд, установленный в 2017 году, когда индийская ракета-носитель PSLV вывела на орбиту 104 спутника.

Оценить статью
(0)